14.3 热机效率 讲义 2026-2027学年人教版物理九年级全一册

本讲义聚焦初中物理“热机的效率”，系统梳理燃料的热值（定义、公式、特性）和热机效率（定义、公式、效率影响因素及提高途径），形成从燃料能量特性到热机能量利用的递进知识链，为学生构建能量观念提供学习支架。 资料通过专题练习（如燃料热值表格分析）、方法技巧（热效率计算题）和巩固训练，培养科学思维（科学推理、模型建构），结合热机环境问题渗透社会责任。课中辅助教师教学，课后帮助学生强化练习，查漏补缺。

第3节 热机的效率 目录 【知识梳理】 1 知识点1：燃料的热值 1 知识点2：热机效率 4 【方法技巧】 6 方法技巧 1. 热效率的计算与热机效率的计算 6 【巩固训练】 7 【知识梳理】 知识点1：燃料的热值 1. 定义 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值，符号：q。 关键：完全燃烧（燃料全部烧尽，无剩余），不完全燃烧放热少于计算值。 2. 计算公式 ：燃料完全燃烧放热，单位J m：燃料质量，单位kg q：热值，单位J/kg ：燃料完全燃烧放热，单位J V：气体体积，单位m3 q：气体热值，单位J/m3 3. 物理意义 例：汽油热值4.6×107 J/kg 含义：1 kg汽油完全燃烧，放出4.6×107 J的热量。 4. 热值特性 热值是燃料本身属性，只与燃料种类有关；与燃料质量、体积、是否燃烧、完全燃烧无关。 【专题练习】 1．下表是一些燃料的热值，根据表中数据，下列判断正确的是（　　） 燃料 热值 燃料 热值 干木柴 约 柴油 烟煤 约 煤油 无烟煤 约 汽油 焦炭 氢气 木炭 焦炉煤气 约 酒精 沼气 约 A．不同燃料热值一定不同 B．液体燃料的热值一定比固体燃料的热值高 C．完全燃烧焦炭比完全燃烧干木柴放出的热量多 D．航空航天常用氢作燃料是因为氢有较大的热值 【答案】D 【详解】A．由表格数据可知，煤油和汽油是不同燃料，它们的热值是相同的，故A错误； B．由表格数据可知，通常情况下的酒精是液体燃料，其热值比固体燃料木炭低，故B错误； C．燃料完全燃烧放热的多少与燃料的质量和热值有关，虽然焦炭的热值比干木柴高，但两者质量大小未知，所以不能确定完全燃烧焦炭比完全燃烧干木柴放出的热量多。故C错误； D．航空航天常用氢作燃料是因为氢有较大的热值，与其他燃料相比，在质量相等时，氢完全燃烧能释放更多的热量。故D正确。 故选D。 2．煤气的热值是，小宸用如图煤气灶烧水时，进行了如下思考，正确的是（　　） A．煤气燃烧越充分，其热值越大 B．完全燃烧的煤气放出的热量是 C．完全燃烧的煤气，水吸收的热量是 D．煤气灶头做成多孔状是为了降低煤气灶的热效率 【答案】B 【详解】A．热值是燃料本身的一种特性，它的大小只与燃料的种类有关，与燃料是否完全燃烧、燃料的多少无关。煤气燃烧越充分，相同体积的煤气放出的热量越多，但其热值是不变的。故A错误； B．煤气的热值是3.9×10⁷J/m³，其物理意义是：1m³的煤气在完全燃烧时所放出的热量是3.9×10⁷J。根据热量计算公式，当煤气体积时，其完全燃烧放出的热量，故B正确； C．煤气完全燃烧放出的热量并不能全部被水吸收，会有一部分热量散失到空气中，或被锅、灶具等吸收。因此，水吸收的热量会小于煤气完全燃烧放出的热量，即小于3.9×10⁷J。故C错误； D．煤气灶头做成多孔状，是为了增大煤气与空气（氧气）的接触面积，使煤气燃烧更充分，从而提高热量的利用率，即提高煤气灶的热效率。故D错误。 故选B。 3．液氢燃料具有来源广、热值高、无污染等特点。完全燃烧0.6 kg、热值为的液氢，放出的热量相当于完全燃烧_________kg、热值为的焦炭所放出的热量。若液氢在使用中未完全燃烧，则其热值将_________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 2.8 不变 【详解】[1]液氢完全燃烧放出的热量 液氢完全燃烧放出的热量等于焦炭完全燃烧放出的热量，完全燃烧焦炭的质量 [2]热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料是否完全燃烧、燃料的质量等因素无关，故液氢在使用中未完全燃烧，则其热值将不变。 知识点2：热机效率 1. 定义 热机用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的总能量之比，叫做热机效率，符号η。 2. 计算公式 : 热机效率 ：热机对外输出的机械能（牵引力做功），单位J； ：燃料完全燃烧总放热； 结果用百分数表示，η<100%（总小于 1）。 3. 为什么热机效率永远小于 1？ 燃料释放的内能只有小部分转化为有用机械能，其余能量全部损耗： （1）废气带走大量内能（最主要损失）； （2）汽缸、机体吸热散热； （3）克服活塞、轴承等机械摩擦消耗能量； （4）燃料无法 100% 完全燃烧。 4. 常见热机效率范围 蒸汽机：6%～15% 汽油机（汽车）：20%～30% 柴油机（货车、拖拉机）：30%～45% 规律：柴油机＞汽油机＞蒸汽机。 四、提高热机效率的途径 （1）让燃料充分燃烧 （2）减少废气带走热量 （3）减小机械摩擦 五、热机带来的环境问题 （1）大气污染：燃料燃烧排放一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉尘，引发酸雨； （2）温室效应：排放大量二氧化碳； （3）噪声污染：发动机运转产生噪音。 减小污染措施： （1）使用清洁能源（天然气、乙醇汽油、电能）； （2）加装尾气净化装置； （3）提高热机效率，减少燃料消耗； （4）多植树，吸收废气。 【专题练习】 1．如图所示是汽油机工作时的能量流向图，关于这个能量流向图，说法正确的是（　　） A．汽油机在压缩冲程获得动力 B．热量损失率为28% C．利用尾气中的余热给车内供暖，可提高燃料的利用率 D．汽油机改进技术后，效率可以达到100% 【答案】C 【详解】A．汽油机在做功冲程中将内能转化为机械能，获得动力，故A错误； B．热量损失率为6%+30%+36%=72% 故B错误； C．利用尾气中的余热给车内供暖，可减少热量的损失，可提高燃料的利用率，故C正确； D．汽油机改进技术后，由于存在热损失，效率总小于100%，故D错误。 故选C。 2．无人驾驶汽车是智能汽车中的一种，它是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得道路、车辆位置和障碍物信息。该车以某速度在一段平直公路上匀速行驶30 km，消耗汽油1.5 kg，汽油完全燃烧放出的热量为__________J；若汽油机的效率为，汽车的牵引力为__________N。 【答案】 690 【详解】[1]汽油完全燃烧放出的热量为 [2]汽油机对外做的功为 根据可得，汽车的牵引力为 【方法技巧】 方法技巧 1. 热效率的计算与热机效率的计算 【解题技巧】  掌握热效率与热机效率的公式 1．用酒精炉给质量为500g的水加热，当水的温度升高20℃时，消耗了0.005kg酒精。[水的比热容为，酒精的热值为] (1)500g的水温度升高20℃，需要吸收多少焦的热量？ (2)酒精炉烧水的效率是多少？ 【答案】(1) (2)21% 【详解】（1）500g的水温度升高20℃，需要吸收热量为 （2）0.005kg酒精完全燃烧放出的热量为 酒精炉烧水的效率为 2．油电混合动力汽车是新型节能汽车。这种汽车在内燃机启动时，可以给车提供动力的同时，也给动力蓄电池组充电。已知该车沿直线匀速行驶46km，此过程中汽车所受阻力大小为1000N，内燃机共消耗燃油4kg。（）求： (1)该汽车此次行驶中，若燃油完全燃烧可放出多少热量？ (2)该汽车行驶中牵引力做了多少功？ (3)该汽车机械效率是多大？ 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）燃油完全燃烧可放出的热量为 （2）因为汽车沿直线匀速行驶，处于平衡状态，牵引力与阻力是一对平衡力，所以 汽车行驶的距离 做的功为 （3）汽车机械效率为 【巩固训练】 1．关于燃料的热值，下列说法正确的是（　　） A．热值是燃料的属性，与燃料状态无关 B．燃料燃烧不完全时，热值会变小 C．5kg汽油的热值是1kg汽油热值的5倍 D．热值大的燃料，完全燃烧时放出热量一定多 【答案】A 【详解】A．1kg某种燃料完全燃烧放出的能量，叫做这种燃料的热值，热值是燃料的一种属性，与燃料的质量无关；同种燃料在不同状态下热值相同，故A正确； B．燃料的热值与是否完全燃烧无关，燃料燃烧不完全时热值不变，故B错误； C．燃料的热值与质量无关，5kg汽油的热值等于1kg汽油热值，故C错误； D．由Q放=mq可知，燃料热值越大，质量小，燃烧放出的热量不一定越多，故D错误。 故选A。 2．如图所示，这是某汽油机工作时的能量流向图，汽油的热值为。下列说法错误的是（　　） A．在吸气冲程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物 B．完全燃烧10kg汽油可输出有用功 C．冷却水能量的二次利用可以提高能量的利用率 D．该汽油机的热机效率可达35% 【答案】B 【详解】A．汽油机在吸气冲程中吸入空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气，故A正确，不符合题意； B．汽油的热值为，完全燃烧10 kg汽油放出的总热量为 由题图可知，汽油机的热机效率约为35%，故输出的有用功为，故B错误，符合题意； C．由题意及所学物理知识可知，冷却水带走的热量若能二次利用，可以提高总的能量利用率，故C正确，不符合题意； D．该汽油机的热机效率为，故D正确，不符合题意。 故选B。 3．如图某热机输出能量饼状图（有用的能量用灰色底表示），下列说法正确的是（　　） A．热机燃料完全燃烧释放的热量是1000J B．热机的效率约为33% C．热机的效率为75% D．有750J的化学能转化为内能 【答案】A 【详解】A．热机燃料完全燃烧释放的热量等于转化的内能与机械能之和，即 故A正确； BC．热机的效率 故BC错误； D．燃料燃烧是将化学能转化为内能和机械能，其中转化为内能的是750J，但不能说“有750J的化学能转化为内能”（因为还有部分化学能转化为机械能），故D错误。 故选A。 4．如图为汽油车的能量流向图，某品牌汽油车在一次行驶过程中消耗汽油30kg，汽油完全燃烧放出的热量为________J。若汽油机的热效率为30%，则有用机械能为________J（汽油的热值为）。 【答案】 【详解】[1]汽油完全燃烧放出的热量 [2]有用机械能 5．小明在家中用煤气灶将初温为、质量为2 kg的一壶水加热到。如果煤气完全燃烧放出的热量只有被水吸收，则至少需要燃烧_________kg的煤气，剩余煤气的热值为_________［水的比热容为，煤气的热值为。 【答案】 0.02 【详解】[1]水的温度变化量 水吸收的热量 由热效率公式可得，煤气完全燃烧放出的热量为 设煤气的质量为，煤气的热值为 由，可得需要煤气的质量 [2]燃料的热值是燃料的一种属性，与燃料的种类有关，与燃料的质量和是否完全燃烧无关，因此剩余煤气的热值不变，仍为 。 6．安全利用干木柴烧水时，把质量为30kg、初温为20℃的水加热到100℃，共燃烧了1.4kg的干木柴。假设干木柴完全燃烧，则干木柴燃烧放出的热量为_______J，此次烧水的效率为_______。 [干木柴的热值为1.2×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）] 【答案】 60% 【详解】[1]干木柴燃烧放出的热量为 [2]水吸收的热量为 此次烧水的效率为 7．某中学为学生供应开水，用锅炉将200L的水在标准大气压下从加热至沸腾，燃烧了6kg的无烟煤，水的比热容为，无烟煤的热值是，，试求： (1)锅炉内200L的水吸收的热量是多少？ (2)6kg无烟煤完全燃烧放出的热量是多少？ (3)此锅炉的效率是多少？ 【答案】(1) (2) (3)30.9% 【详解】（1）水的体积 水的质量 温度变化 水吸收的热量 （2）无烟煤质量 热值 无烟煤完全燃烧放出的热量 （3）锅炉效率 8．一辆无人驾驶汽车以某速度在一段平直的公路上匀速行驶了一段距离后，消耗汽油4kg。汽油机的效率为30%，匀速行驶过程中受到的阻力为900N，在这段运动过程中，[汽油的热值为，水的比热容为]求： (1)汽油完全燃烧放出的热量。 (2)发动机做的有用功。 (3)假设该汽车在这次行驶过程中，发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出热量的42%，一个标准大气压下，这些废气的能量全部被初温20℃，质量200kg的水吸收，求水的最终温度。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）汽油完全燃烧放出的热量为 （2）发动机做的有用功为 （3）废气带走的热量占汽油完全燃烧放出热量的42%，为 这些热量被水吸收，水吸收热量后升高的温度为 水的初温为，理论末温为 但在一个标准大气压下，水的沸点，因此水的最终温度为。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 热机的效率 目录 【知识梳理】 1 知识点1：燃料的热值 1 知识点2：热机效率 4 【方法技巧】 6 方法技巧 1. 热效率的计算与热机效率的计算 6 【巩固训练】 7 【知识梳理】 知识点1：燃料的热值 1. 定义 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值，符号：q。 关键：完全燃烧（燃料全部烧尽，无剩余），不完全燃烧放热少于计算值。 2. 计算公式 ：燃料完全燃烧放热，单位J m：燃料质量，单位kg q：热值，单位J/kg ：燃料完全燃烧放热，单位J V：气体体积，单位m3 q：气体热值，单位J/m3 3. 物理意义 例：汽油热值4.6×107 J/kg 含义：1 kg汽油完全燃烧，放出4.6×107 J的热量。 4. 热值特性 热值是燃料本身属性，只与燃料种类有关；与燃料质量、体积、是否燃烧、完全燃烧无关。 【专题练习】 1．下表是一些燃料的热值，根据表中数据，下列判断正确的是（　　） 燃料 热值 燃料 热值 干木柴 约 柴油 烟煤 约 煤油 无烟煤 约 汽油 焦炭 氢气 木炭 焦炉煤气 约 酒精 沼气 约 A．不同燃料热值一定不同 B．液体燃料的热值一定比固体燃料的热值高 C．完全燃烧焦炭比完全燃烧干木柴放出的热量多 D．航空航天常用氢作燃料是因为氢有较大的热值 2．煤气的热值是，小宸用如图煤气灶烧水时，进行了如下思考，正确的是（　　） A．煤气燃烧越充分，其热值越大 B．完全燃烧的煤气放出的热量是 C．完全燃烧的煤气，水吸收的热量是 D．煤气灶头做成多孔状是为了降低煤气灶的热效率 3．液氢燃料具有来源广、热值高、无污染等特点。完全燃烧0.6 kg、热值为的液氢，放出的热量相当于完全燃烧_________kg、热值为的焦炭所放出的热量。若液氢在使用中未完全燃烧，则其热值将_________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 知识点2：热机效率 1. 定义 热机用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的总能量之比，叫做热机效率，符号η。 2. 计算公式 : 热机效率 ：热机对外输出的机械能（牵引力做功），单位J； ：燃料完全燃烧总放热； 3. 为什么热机效率永远小于 1？ 燃料释放的内能只有小部分转化为有用机械能，其余能量全部损耗： （1）废气带走大量内能（最主要损失）； （2）汽缸、机体吸热散热； （3）克服活塞、轴承等机械摩擦消耗能量； （4）燃料无法 100% 完全燃烧。 4. 常见热机效率范围 蒸汽机：6%～15% 汽油机（汽车）：20%～30% 柴油机（货车、拖拉机）：30%～45% 规律：柴油机＞汽油机＞蒸汽机。 四、提高热机效率的途径 （1）让燃料充分燃烧 （2）减少废气带走热量 （3）减小机械摩擦 五、热机带来的环境问题 （1）大气污染：燃料燃烧排放一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、粉尘，引发酸雨； （2）温室效应：排放大量二氧化碳； （3）噪声污染：发动机运转产生噪音。 减小污染措施： （1）使用清洁能源（天然气、乙醇汽油、电能）； （2）加装尾气净化装置； （3）提高热机效率，减少燃料消耗； （4）多植树，吸收废气。 【专题练习】 1．如图所示是汽油机工作时的能量流向图，关于这个能量流向图，说法正确的是（　　） A．汽油机在压缩冲程获得动力 B．热量损失率为28% C．利用尾气中的余热给车内供暖，可提高燃料的利用率 D．汽油机改进技术后，效率可以达到100% 2．无人驾驶汽车是智能汽车中的一种，它是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得道路、车辆位置和障碍物信息。该车以某速度在一段平直公路上匀速行驶30 km，消耗汽油1.5 kg，汽油完全燃烧放出的热量为__________J；若汽油机的效率为，汽车的牵引力为__________N。 【方法技巧】 方法技巧 1. 热效率的计算与热机效率的计算 【解题技巧】  掌握热效率与热机效率的公式 1．用酒精炉给质量为500g的水加热，当水的温度升高20℃时，消耗了0.005kg酒精。[水的比热容为，酒精的热值为] (1)500g的水温度升高20℃，需要吸收多少焦的热量？ (2)酒精炉烧水的效率是多少？ 2．油电混合动力汽车是新型节能汽车。这种汽车在内燃机启动时，可以给车提供动力的同时，也给动力蓄电池组充电。已知该车沿直线匀速行驶46km，此过程中汽车所受阻力大小为1000N，内燃机共消耗燃油4kg。（）求： (1)该汽车此次行驶中，若燃油完全燃烧可放出多少热量？ (2)该汽车行驶中牵引力做了多少功？ (3)该汽车机械效率是多大？ 【巩固训练】 1．关于燃料的热值，下列说法正确的是（　　） A．热值是燃料的属性，与燃料状态无关 B．燃料燃烧不完全时，热值会变小 C．5kg汽油的热值是1kg汽油热值的5倍 D．热值大的燃料，完全燃烧时放出热量一定多 2．如图所示，这是某汽油机工作时的能量流向图，汽油的热值为。下列说法错误的是（　　） A．在吸气冲程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物 B．完全燃烧10kg汽油可输出有用功 C．冷却水能量的二次利用可以提高能量的利用率 D．该汽油机的热机效率可达35% 3．如图某热机输出能量饼状图（有用的能量用灰色底表示），下列说法正确的是（　　） A．热机燃料完全燃烧释放的热量是1000J B．热机的效率约为33% C．热机的效率为75% D．有750J的化学能转化为内能 4．如图为汽油车的能量流向图，某品牌汽油车在一次行驶过程中消耗汽油30kg，汽油完全燃烧放出的热量为________J。若汽油机的热效率为30%，则有用机械能为________J（汽油的热值为）。 5．小明在家中用煤气灶将初温为、质量为2 kg的一壶水加热到。如果煤气完全燃烧放出的热量只有被水吸收，则至少需要燃烧_________kg的煤气，剩余煤气的热值为_________［水的比热容为，煤气的热值为。 6．安全利用干木柴烧水时，把质量为30kg、初温为20℃的水加热到100℃，共燃烧了1.4kg的干木柴。假设干木柴完全燃烧，则干木柴燃烧放出的热量为_______J，此次烧水的效率为_______。 [干木柴的热值为1.2×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）] 7．某中学为学生供应开水，用锅炉将200L的水在标准大气压下从加热至沸腾，燃烧了6kg的无烟煤，水的比热容为，无烟煤的热值是，，试求： (1)锅炉内200L的水吸收的热量是多少？ (2)6kg无烟煤完全燃烧放出的热量是多少？ (3)此锅炉的效率是多少？ 8．一辆无人驾驶汽车以某速度在一段平直的公路上匀速行驶了一段距离后，消耗汽油4kg。汽油机的效率为30%，匀速行驶过程中受到的阻力为900N，在这段运动过程中，[汽油的热值为，水的比热容为]求： (1)汽油完全燃烧放出的热量。 (2)发动机做的有用功。 (3)假设该汽车在这次行驶过程中，发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出热量的42%，一个标准大气压下，这些废气的能量全部被初温20℃，质量200kg的水吸收，求水的最终温度。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $